[0001] Die Erfindung betrifft eine Legierung des Typs MCrAlX gemäß Anspruch 1, eine Schutzschicht
gemäß Anspruch 6 und Verfahren zur Herstellung der Schutzschicht gemäß den Ansprüchen
10 bis 13.
[0002] Wärmedämmschichtsysteme werden größtenteils auf Nickel- oder Kobaltbasissystemen
als Grundwerkstoff eingesetzt, wobei zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
der Anteil der y'-Phase durch Zusätze von Aluminium und Titan erhöht wird. Da Titan
jedoch einen sehr hohen Diffusionskoeffizienten bei den Einsatztemperaturen aufweist,
diffundiert Titan vom Grundwerkstoff in eine Haftvermittlerschicht des Typs MCrAlX
des Schichtsystems und wird dort in die thermisch gewachsene Aluminiumoxid-Schicht
(TGO) eingebaut, sodass sich auf der Haftvermittlungsschicht Titan-Spinelle bilden,
die sich sehr ungünstig auf die Haftung einer darüber liegenden Keramikschicht auswirken.
Oft wird eine Platinierung der MCrAlX-Haftvermittlerschicht durchgeführt, um diese
Diffusion zu verhindern, deren Kosten aber sehr hoch sind.
[0003] Die EP 0 489 659 B1 offenbart ein Verfahren zur Behandlung von Metallen, bei dem
metallische Halogenide als Schicht aufgebracht werden.
[0004] Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu überwinden.
[0005] Die Aufgabe wird gelöst durch eine MCrAlX-Legierung gemäß Anspruch 1, eine Schutzschicht
gemäß Anspruch 6 und Verfahren zur Herstellung gemäß Ansprüchen 10 bis 13.
[0006] In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig
miteinander in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden können.
[0007] Die Erfindung besteht darin, dass Elemente zumindest eines Halogens (Fluor [F], Chlor
[Cl], Brom [Br], Jod [I]) in eine Schicht aus einer MCrAlX-Legierung eingebracht sind.
Diese Halogene fangen durch den niedrigen Dampfdruck u. a. die Titanatome ein, sodass
diese im Metallgitter immobilisiert sind und praktisch keine Titanatome mehr die Oberfläche
einer Schicht aus einer MCrAlX-Legierung erreichen und dort Spinelle bilden können.
Zusätzlich wird auch die Aluminiumaktivität in der Weise erhöht, dass sich eine homogene
α-Aluminiumoxidschicht ausbildet. Die Anwendung führt somit auch zu einer deutlichen
Erhöhung der Oxidationsschutzwirkung von Schichten auf MCrAlX-Basis.
[0008] Es zeigen
- Figur 1
- ein Schichtsystem,
- Figur 2
- eine Turbinenschaufel,
- Figur 3
- eine Brennkammer,
- Figur 4
- eine Gasturbine und
- Figur 5
- eine Dampfturbine.
[0009] Figur 1 zeigt ein Schichtsystem 1. Das Schichtsystem 1 besteht aus einem Substrat
4, einer Schutzschicht 7 als Haftvermittlungsschicht und/oder zum Korrosionsschutz
auf der Basis der erfindungsgemäßen MCrAlX-Legierung.
Zusätzlich kann, aber muss nicht, eine keramische Schicht 10 auf der Schutzschicht
7 angeordnet sein, die zusätzlich zur Wärmedämmung dient.
Solche Schichtsysteme 1 werden beispielsweise für Bauteile von Turbinen, beispielsweise
von Dampf- oder Gasturbinen 100 (Fig. 4), auf Turbinenschaufeln 120, 130 (Fig. 2),
Hitzeschildelementen 155 (Fig. 3), Dampfeinströmbereiche 333 (Fig. 5) verwendet.
[0010] M steht dabei für zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) und/oder Nickel (Ni)
und/oder Kobalt (Co).
X steht zumindest für Yttrium (Y), Silizium (Si), Hafnium (Hf) oder zumindest ein
anderes Element aus der Gruppe der Seltenen Erden.
Weitere Bestandteile in der MCrAlX-Legierung sind möglich, die zur Verbesserung von
mechanischen und/oder korrosiven Eigenschaften dienen.
Beispiele für eine MCrAlX-Legierung sind in der US 5,401,307, US 5,582,635, US 5,599,385,
EP 0 486 489, WO 91/02108, US 5,154,885, US 5,273,712, US 5,268,238, EP 0 412 397,
EP 0 786 017, WO 96/12049, US 5,993,980 beschrieben, deren chemische Zusammensetzung
Bestandteil dieser Offenbarung sind.
[0011] Die MCrAlX-Schicht besteht beispielsweise aus
25 - 40wt%, insbesondere 29 - 31wt% Nickel,
27 - 32wt%, insbesondere 27 - 29wt% Chrom,
7 - 9wt%, insbesondere 7 - 8wt% Aluminium,
0,3 - 1wt%, insbesondere 0,5 - 0,7wt% X, insbesondere Y,
0,3 - 2wt%, insbesondere 0,3 - 0,7wt% Silizium, ggf. mit einer Zugabe von Rhenium
(Re): max: 3 wt% und einem Mindestgehalt von 5wt% Kobalt, der auch den Rest bildet.
Ebenso können die Halogene in einer rheniumhaltigen MCrAlX-Legierung vorhanden sein.
[0012] Eine weitere vorteilhafte MCrAlX-Legierung besteht aus
20 - 50wt%, insbesondere 20 - 22wt% Chrom,
0 - 15wt%, insbesondere 10,5 - 11,5wt% Aluminium,
0,3 - 2wt%, insbesondere 0,3 - 0,5wt% X, insbesondere Y,
1 - 20wt%, insbesondere 1,5 - 2,5wt% Rhenium,
ggf. Zugabe von Silizium: max. 2wt%,
insbesondere 11 - 13 wt% Kobalt.
[0013] Der Rest kann aus Nickel bestehen. Ebenso kann der Rest aus Kobalt bestehen oder
kann die Legierung auf Nickel/Kobalt basieren.
[0014] Eine weitere MCrAlX-Legierung besteht aus
0 - 30wt%, insbesondere 24 - 26wt% Kobalt,
15 - 26wt%, insbesondere 16 - 18wt% Chrom,
9 - 15wt%, insbesondere 9,5 - 11wt% Aluminium,
0,3 - 2wt%, insbesondere 0,3 - 0,5wt% X, insbesondere Y,
1 - 15wt%, insbesondere 1,0 - 1,8wt% Rhenium,
und optionale Zugabe von Silizium (max: 2wt%) und Rest Nickel.
[0015] Erfindungsgemäß sind in diese Schutzschicht 7 zumindest in einem Teilbereich der
Schutzschicht 7 insbesondere nahe dem Substrat 4 Halogene oder Halogenide eingebracht.
Die Konzentration des zumindest einen Halogens kann also beispielsweise einen Gradienten
aufweisen.
[0016] Die Halogene können auf verschiedene Art und Weise eingebracht werden.
- 1. Tauchprozess mit einer MCrAlX-Schicht in halogensalzhaltigen Lösungen bei Raumtemperatur
und anschließender thermischer Behandlung (vorzugsweise 700°C - 1000°C);
- 2. Tauchprozess in halogenhaltigen organischen Flüssigkeiten und anschließender thermischer
Behandlung, vorzugsweise bei Temperaturen von 700°C - 1000°C;
- 3. Aufbringen fester halogenhaltiger Salze auf eine MCrAlX-Schicht, z. B. durch einen
Pulverpackprozess mit anschließender thermischer Behandlung (vorzugsweise 700°C -
1000°C);
- 4. Kühlung einer warmen MCrAlX-Schicht in halogenhaltigen Gasatmosphären;
- 5. Ionenimplantation von Halogenionen in eine MCrAlX-Schicht.
[0017] Ebenso kann beispielsweise auch eine Anlage des so genannten Fluoridionenreinigungsverfahrens
(FIC) benutzt werden, um Halogene in die MCrAlX-Legierung einzubringen.
[0018] Weitere Einbringungsmöglichkeiten sind möglich.
[0019] Dabei kann mit der MCrAlX-Schicht 7 mit den Halogenen eine Lösungsglühung (vorzugsweise
4h 1160°C) und/oder Ausscheidungswärmebehandlung (vorzugsweise 24h 840°C) in Abhängigkeit
vom Material des Substrats 4 durchgeführt werden.
[0020] Ebenso können sich Halogenide, also Verbindungen aus Halogenen und einem weiteren
Element (beispielsweise AlF
3, AlCl
3) in der Schutzschicht 7 bilden oder direkt bei der Herstellung der MCrAlX-Legierung
erzeugt oder der MCrAlX-Schutzschicht 7 vor deren Aufbringung auf den zu schützenden
Grundwerkstoff beigemengt werden.
[0021] Der Anteil der Halogene in der Legierung als Element oder als Bestandteil eines Halogenids
beträgt beispielsweise mindestens 100ppm, vorzugsweise mindestens 200pm oder 300ppm
und liegt beispielsweise bis maximal 500ppm, insbesondere maximal 1000ppm oder 5000ppm.
[0022] Figur 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel
130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.
[0023] Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks
zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.
[0024] Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen
Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt
406 auf.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere
Plattform aufweisen (nicht dargestellt).
Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der
Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt).
Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen
als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt,
eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.
[0025] Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der
Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen
verwendet.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454,
EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind Teil der
Offenbarung. Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels
gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder
Kombinationen daraus gefertigt sein.
[0026] Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen
eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen
ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes
Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die
flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen
Werkstück, oder gerichtet erstarrt.
[0027] Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden
entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die
ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach,
als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h.
das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss
man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich
durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen
ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen
Bauteiles zunichte machen.
Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle
gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als
auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen,
aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen
Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified
structures).
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 A1 bekannt; diese
Schriften sind Teil der Offenbarung.
[0028] Ebenso können die Schaufeln 120, 130 erfindungsgemäße Schutzschichten 7 gegen Korrosion
oder Oxidation (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt
(Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium
und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf)) aufweisen. Solche
Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1
oder EP 1 306 454 A1, die Teil dieser Offenbarung sein sollen.
[0029] Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise
aus ZrO
2, Y
2O
3-ZrO
2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder
Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD)
werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
[0030] Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz
gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen).
Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte.
Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt
eine Wiederbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils
120, 130.
[0031] Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120,
130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt
angedeutet) auf.
[0032] Die Figur 3 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine.
Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet,
bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 102 herum angeordneten
Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum münden. Dazu ist die Brennkammer
110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse
102 herum positioniert ist.
[0033] Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110
für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis
1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern
eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153
auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen
155 gebildeten Innenauskleidung versehen.
[0034] Jedes Hitzeschildelement 155 ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen
Schutzschicht ausgestattet oder aus hochtemperaturbeständigem Material gefertigt.
Dies können massive keramische Steine oder Legierungen mit MCrAlX und/oder keramischen
Beschichtungen sein.
Die Materialien der Brennkammerwand und deren Beschichtungen können ähnlich der Turbinenschaufeln
120, 130 sein.
[0035] Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die
Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein.
[0036] Die Figur 4 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten
Rotor 103 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105,
eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer 106,
mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse
109.
Die Ringbrennkammer 106 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal
111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112
die Turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung
eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe
115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
[0037] Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt,
wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe
133 am Rotor 103 angebracht sind.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt).
[0038] Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse
104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters
105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit
einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums
113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang
des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An
den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass
die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
[0039] Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes
der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln
120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112
werden neben den die Ringbrennkammer 106 auskleidenden Hitzeschildsteinen am meisten
thermisch belastet.
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels
gekühlt werden.
Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie
sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur).
Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und
Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte
Superlegierungen verwendet.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454,
EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind Teil der
Offenbarung.
[0040] Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist
zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement
und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen
Erden bzw. Hafnium). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1, EP 0
786 017 B1, EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1, die Teil dieser Offenbarung sein
sollen.
[0041] Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise
aus ZrO
2, Y
2O
3-ZrO
2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder
Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B.
Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht
erzeugt.
[0042] Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten
Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden
Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem
Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.
[0043] In Figur 5 ist beispielhaft eine Dampfturbine 300, 303 mit einer sich entlang einer
Rotationsachse 306 erstreckenden Turbinenwelle 309 dargestellt.
[0044] Die Dampfturbine weist eine Hochdruck-Teilturbine 300 und eine Mitteldruck-Teilturbine
303 mit jeweils einem Innengehäuse 312 und einem dieses umschließenden Außengehäuses
315 auf.
Die Hochdruck-Teilturbine 300 ist beispielsweise in Topfbauart ausgeführt.
Die Mitteldruck-Teilturbine 303 ist zweiflutig ausgeführt.
[0045] Es ist ebenfalls möglich, dass die Mitteldruck-Teilturbine 303 einflutig ausgeführt
ist.
Entlang der Rotationsachse 306 ist zwischen der Hochdruck-Teilturbine 300 und der
Mitteldruck-Teilturbine 303 ein Lager 318 angeordnet, wobei die Turbinenwelle 309
in dem Lager 318 einen Lagerbereich 321 aufweist. Die Turbinenwelle 309 ist auf einem
weiteren Lager 324 neben der Hochdruck-Teilturbine 300 aufgelagert. Im Bereich dieses
Lagers 324 weist die Hochdruck-Teilturbine 300 eine Wellendichtung 345 auf. Die Turbinenwelle
309 ist gegenüber dem Außengehäuse 315 der Mitteldruck-Teilturbine 303 durch zwei
weitere Wellendichtungen 345 abgedichtet. Zwischen einem Hochdruck-Dampfeinströmbereich
348 und einem Dampfaustrittsbereich 351 weist die Turbinenwelle 309 in der Hochdruck-Teilturbine
300 die Hochdruck-Laufbeschaufelung 354, 357 auf. Diese Hochdruck-Laufbeschaufelung
354, 357 stellt mit den zugehörigen, nicht näher dargestellten Laufschaufeln einen
ersten Beschaufelungsbereich 360 dar. Die Mitteldruck-Teilturbine 303 weist einen
zentralen Dampfeinströmbereich 333 auf. Dem Dampfeinströmbereich 333 zugeordnet weist
die Turbinenwelle 309 eine radialsymmetrische Wellenabschirmung 363, eine Abdeckplatte,
einerseits zur Teilung des Dampfstromes in die beiden Fluten der Mitteldruck-Teilturbine
303 sowie zur Verhinderung eines direkten Kontaktes des heißen Dampfes mit der Turbinenwelle
309 auf. Die Turbinenwelle 309 weist in der Mitteldruck-Teilturbine 303 einen zweiten
Beschaufelungsbereich 366 mit den Mitteldruck-Laufschaufeln 354, 342 auf. Der durch
den zweiten Beschaufelungsbereich 366 strömende heiße Dampf strömt aus der Mitteldruck-Teilturbine
303 aus einem Abströmstutzen 369 zu einer strömungstechnisch nachgeschalteten, nicht
dargestellten Niederdruck-Teilturbine.
1. MCrAlX-Legierung,
wobei M zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) und/oder Nickel (Ni) und/oder
Kobalt (Co) und
X zumindest Yttrium (Y) und/oder Silizium (Si) und/oder Hafnium (Hf) oder zumindest
ein Element der Seltenen Erden bedeutet,
dadurch gekennzeichnet, dass
die MCrAlX-Legierung zumindest ein Halogen (F, Cl, Br, I) enthält.
2. MCrAlX-Legierung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest eine Halogen (F, Cl, Br, I) als Halogenverbindung (Halogenid) in der
MCrAlX-Legierung vorliegt.
3. MCrAlX-Legierung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest eine Halogen (F, Cl, Br, I) eine Halogenverbindung (Halogenid) mit zumindest
einem Bestandteil der MCrAlX-Legierung bildet.
4. MCrAlX-Legierung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anteil der Halogene (F, Cl, Br, I) maximal 5000ppm, insbesondere maximal 1000ppm
beträgt.
5. MCrAlX-Legierung nach Anspruch 1 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anteil der Halogene (F, Cl, Br, I) mindestens 100ppm, insbesondere mindestens
200ppm oder 300ppm beträgt.
6. Schutzschicht (7) bestehend aus einer MCrAlX-Legierung gemäß einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 5.
7. Schutzschicht nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schutzschicht (7) auf einem Substrat (4) aus einer nickel- oder kobalt- oder
eisenbasierten Superlegierung aufgebracht ist, und
dass insbesondere eine keramische Wärmedämmschicht (10) auf der Schutzschicht (7) aufgebracht
ist.
8. Schutzschicht nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schutzschicht (7) für ein Bauteil einer Turbine, insbesondere einer Gas- (100)
oder Dampfturbine (300, 303), insbesondere für eine Turbinenschaufel (120, 130) oder
ein Brennkammerelement (155) verwendet wird.
9. Schutzschicht nach Anspruch 6, 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Konzentration der Halogene (F, Cl, Br, I) oder der Halogenide in der Schutzschicht
(7) einen Konzentrationsgradienten aufweist und
die Konzentration insbesondere nahe des Substrats (4) am größten ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht (7) gemäß einem oder mehreren der Ansprüchen
6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Schicht aus einer MCrAlX-Legierung mittels eines Tauchprozesses in Verbindung
mit zumindest einer halogensalzhaltigen Lösung und/oder halogenhaltigen organischen
Flüssigkeiten in Verbindung gebracht wird und
dass durch eine anschließende thermische Behandlung das zumindest eine Halogen (F, Cl,
Br, I) in die Schicht ein diffundiert.
11. Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht (7) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche
6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass halogenhaltige Salze,
insbesondere durch einen Pulverpackprozess, auf eine Schicht aus einer MCrAlX-Legierung
aufgebracht werden, und
dass durch eine anschließende thermische Behandlung das zumindest eine Halogen (F, Cl,
Br, I) in die Schicht hinein diffundiert.
12. Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht (7) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche
6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Schicht aus einer MCrAlX-Legierung erwärmt wird oder eine noch warme MCrAlX-Schicht
direkt nach der Herstellung in einer halogenhaltigen Gasatmosphäre gekühlt wird, sodass
zumindest ein Halogen (F, Cl, Br, I) in die Schicht hinein diffundiert.
13. Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht (7) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche
6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
Halogenionen (F, Cl, Br, I) mittels Ionenimplantation in eine Schicht aus einer MCrAlX-Legierung
eingebracht werden.
14. Schutzschicht nach Anspruch 6 bis 9 und
Verfahren nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine Wärmebehandlung
insbesondere eine Lösungsglühung und/oder Ausscheidungsbehandlung
mit der mit Halogenen (F, Cl, Br, I) oder Halogeniden angereicherten MCrAlX-Schicht
(7) und dem Schichtsystem (1) durchgeführt wird.
Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 86(2) EPÜ.
1. MCrAlX-Legierung,
wobei M zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) und/oder Nickel (Ni) und/oder
Kobalt (Co) und
X zumindest Yttrium (Y) und/oder Silizium (Si) und/oder Hafnium (Hf) oder zumindest
ein Element der Seltenen Erden bedeutet,
dadurch gekennzeichnet, dass
die MCrAlX-Legierung zumindest ein Halogen (F, Cl, Br, I) mit einem Anteil von maximal
5000ppm, insbesondere maximal 1000ppm, enthält.
2. MCrAlX-Legierung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest eine Halogen (F, C1, Br, I) als Halogenverbindung (Halogenid) in der
MCrAlX-Legierung vorliegt.
3. MCrAlX-Legierung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest eine Halogen (F, C1, Br, I) eine Halogenverbindung (Halogenid) mit zumindest
einem Bestandteil der MCrAlX-Legierung bildet.
4. MCrAlX-Legierung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anteil der Halogene (F, Cl, Br, I) mindestens 100ppm, insbesondere mindestens
200ppm oder 300ppm beträgt.
5. Schutzschicht (7) bestehend aus einer MCrAlX-Legierung gemäß einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 4.
6. Schutzschicht nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schutzschicht (7) auf einem Substrat (4) aus einer nickel- oder kobalt- oder
eisenbasierten Superlegierung aufgebracht ist, und
dass insbesondere eine keramische Wärmedämmschicht (10) auf der Schutzschicht (7) aufgebracht
ist.
7. Schutzschicht nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schutzschicht (7) für ein Bauteil einer Turbine, insbesondere einer Gas- (100)
oder Dampfturbine (300, 303), insbesondere für eine Turbinenschaufel (120, 130) oder
ein Brennkammerelement (155) verwendet wird.
8. Schutzschicht nach Anspruch 5, 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Konzentration der Halogene (F, Cl, Br, I) oder der Halogenide in der Schutzschicht
(7) einen Konzentrationsgradienten aufweist und
die Konzentration insbesondere nahe des Substrats (4) am größten ist.
9. Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht (7) gemäß einem oder mehreren der Ansprüchen
5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Schicht aus einer MCrAlX-Legierung mittels eines Tauchprozesses in Verbindung
mit zumindest einer halogensalzhaltigen Lösung und/oder halogenhaltigen organischen
Flüssigkeiten in Verbindung gebracht wird und dass durch eine anschließende thermische
Behandlung das zumindest eine Halogen (F, Cl, Br, I) in die Schicht ein diffundiert.
10. Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht (7) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche
5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass halogenhaltige Salze,
insbesondere durch einen Pulverpackprozess,
auf eine Schicht aus einer MCrAlX-Legierung aufgebracht werden, und
dass durch eine anschließende thermische Behandlung das zumindest eine Halogen (F, Cl,
Br, I) in die Schicht hinein diffundiert.
11. Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht (7) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche
5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Schicht aus einer MCrAlX-Legierung erwärmt wird oder eine noch warme MCrAlX-Schicht
direkt nach der Herstellung in einer halogenhaltigen Gasatmosphäre gekühlt wird, sodass
zumindest ein Halogen (F, Cl, Br, I) in die Schicht hinein diffundiert.
12. Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht (7) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche
5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
Halogenionen (F, Cl, Br, I) mittels Ionenimplantation in eine Schicht aus einer MCrAlX-Legierung
eingebracht werden.
13. Schutzschicht nach Anspruch 5 bis 8 und
Verfahren nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine Wärmebehandlung
insbesondere eine Lösungsglühung und/oder Ausscheidungsbehandlung
mit der mit Halogenen (F, Cl, Br, I) oder Halogeniden angereicherten MCrAlX-Schicht
(7) und dem Schichtsystem (1) durchgeführt wird.